稀土基上转换纳米复合材料在成像制导的多模式治疗领域的应用研究

The application of multifunctional nanocomposite in the field of cancer diagnosis and therapy has been the research hot spot in recent years, which includes multimodal bioimaging and chemotherapy, photothermal therapy (PDT) and photodynamic therapy (PTT). However, there are still some serious concerns to be resolved. First, the current studies mainly focus on the bioimaging, and there is a separation between the bioimaging and therapy. Second,all kinds of therapies are independent from each other, and the combined application has not been realized, which greatly limit the therapy efficiency. Third, the interaction mechanism between the multimodal therapies has rarely been studied. To solve these problems, the proposal is to design and prepare a series of rare earth based nanocomposites, which combine the functions of up-conversion luminescence,targeting, magnetism and mesoporous structure together. After loading anticancer drugs and photosensitizer, the multimodal therapy (chemotherapy/PDT/PTT) is expected to be realized. Moreover, the synergistic effect and interaction mechanism between each therapy is also to be investigated systematically. After that, the curative effect of the multimodal therapy in cells and mice will be evaluated by the multimodal bioimaging (up-conversion/MRI/CT) based on the mulfunctional properties of the nanocomposites. The biological safety of as-prepared nanoccomposites in variou cells and living bodies will also be systematicallly studied based on a series of tests, in order to provide the basic research results and theoretical guidance for the clinic application of this kind of functional nanocomposites in cancer diagnosis and therapy.

多功能纳米复合材料在癌症诊断和治疗方面的应用是近年来热点研究课题之一，主要包括多模式成像和化学治疗、光动力治疗(PDT)、光热治疗(PTT)等多种疹疗手段，但也存在一些亟需解决的问题：一是偏重于生物成像研究，成像与治疗彼此分离；二是治疗模式相对单一，多模式协同治疗研究较少，限制了治疗效率；三是不同治疗模式相互作用机制缺乏系统研究。针对这些问题，本项目拟制备一类集上转换荧光、靶向、磁性或介孔等于一体的稀土基多功能复合材料，再通过担载抗癌药物和光敏剂物同时实现化学治疗/光动力治疗/光热治疗等多模式治疗，系统研究不同治疗模式之间的协同作用及相互影响机制。利用上转换荧光成像、磁响应成像(MRI)和CT等多模式成像手段研究复合材料在生物体内的治疗效果，并对其在生物体内的生物安全性展开系统评估,为该类复合材料在癌症诊疗领域的实际应用提供基础研究数据及理论指导。

利用纳米技术来解决医学问题的纳米医学与传统医学相比具有独特优势，拥有十分重要的基础和临床意义，受到了世界各国研究人员的极大关注。纳米医学的优势在癌症的诊断和治疗领域表现的尤为明显。多功能纳米复合材料在癌症诊断和治疗方面的应用是近年来热点研究课题之一，但仍存在一些亟需解决的问题：一是偏重于生物成像研究，成像与治疗彼此分离；二是治疗模式相对单一，多模式协同治疗研究较少，限制了治疗效率；三是不同治疗模式相互作用机制缺乏系统研究。针对上述问题，本项目设计合成了多种稀土基上转换纳米复合材料，创立了多孔性、光热性能、光动力性能、上转换发光性能、CT和MRI成像性能的组合新方法，发现调整功能组分的构成、种类、比例和结构等参数，可实现多种功能的同时呈现，并可调变获得最优成分和结构，促使材料均可用于多模式光学治疗、药物治疗和成像诊断应用。一方面，研究表明多模式治疗可100%抑制小鼠体内的癌细胞生长，而每种治疗模式单独作用只能一定程度上（一般低于60%）抑制癌细胞的生长。可见，多模式治疗体系展现了极高的癌细胞抑制率，一定程度上解决了现有癌细胞治疗模式单一和抗癌效率低的难题。另一方面，研发了多种808nm光激发的上转换纳米粒子，并将其与新型光动力材料或光热材料复合，实现了单一808nm光源激发下高效的光动力/光热双模式抗癌治疗，体系产生的强氧化性物质和热量可完全移除小鼠体内的癌细胞；同时，实现了小鼠体内的MRI/CT/光声三模式生物成像诊断。更重要的是，生物组织对808nm激发光几乎没有吸收，因此低功率808nm光照不会产生热效应，克服了传统激发光作用后生物组织产生的过热受损问题，安全性更高。多种治疗体系的生物安全性研究表明，治疗剂注入小鼠体内一至几天时将大量集中在小鼠的脾脏、肺部和肾脏内，随后逐渐排出体外，半个月后小鼠体内基本检测不到治疗剂的残留，初步证实了上述体系在动物体内具有较高的安全性。